陆川猪肉质相关基因的研究进展.docx

    陆川猪肉质相关基因的研究进展    吴 潇,黄继文,蒋 玮,朱丽慧,涂尾龙*(1 上海市农业科学院生物技术研究所,上海 201106;2 上海市农业科学院畜牧兽医研究所,上海 201106;3浙江农林大学动物科技学院·动物医学院,杭州 311300)猪肉品质是生产中重要的经济性状,肌肉的生长发育和脂肪沉积是猪肉品质的重要影响因素 肌纤维作为肌肉组织的基本结构单位,其类型组成与pH、肉色、嫩度和肌内脂肪含量等密切相关,脂肪沉积则直接影响肉的多汁性和嫩度 在肉质评价指标中,肌内脂肪(Intra muscular fat,IMF)是重要指标,不仅影响着肉的嫩度、系水力、剪切力、多汁性等,而且IMF 的组成含量及其氧化降解产物对肌肉风味形成具有重要影响[1] IMF 的调控机制比较复杂,常受到营养、环境和基因等多方面的共同调控 其中,IMF 的调控基因主要包括脂肪前体细胞分化过程中的转录调控因子、脂肪合成与分解代谢途径中的调控基因以及肌纤维发育相关的基因等 随着生物技术的迅猛发展,国内外学者已筛选出一些调控脂肪代谢和肌纤维发育的基因,如激素敏感脂酶、脂蛋白酯酶、心脏脂肪酸结合蛋白、甘油三酯脂酶、过氧化物酶体增殖物激活受体家族基因等,这些基因调控脂肪的合成与分解代谢[2],从而与猪肉IMF 的沉积相关。

对脂肪代谢、脂肪沉积相关候选基因开展分子生物学角度的研究,能够提供肉品质改善的分子理论支撑,也提供了加快猪肉品质遗传改良的新途径陆川猪因产于广西陆川县得名,是我国八大优良地方品种之一[3] 研究者发现IMF 含量高是陆川猪肉质优良最重要的原因,其背最长肌中IMF 高达7.43%[4] 由于陆川猪肉质性状的表现和相关基因的表达密切相关,因此对脂肪沉积相关基因遗传机制开展研究,在陆川猪种质资源利用方面具有重要意义本研究主要对近年来陆川猪肉质相关基因研究领域的重要进展进行综述,为深入研究陆川猪基因功能和陆川猪的选育提供参考依据1 脂肪沉积相关基因1.1 二脂酰甘油酰基转移酶2二脂酰甘油酰基转移酶2(Acyl CoA:Diacyl gycerol Acyl transferase 2,DGAT2)是内质网细胞微粒体酶,它在二酰甘油通过共价键的形式和脂肪酸酰基辅酶A 结合形成三酰甘油(即三酰甘油合成反应的最后一步)过程中起到限速作用[5] 不同动物DGAT2 基因的研究结果均表明,DGAT2 基因与脂类代谢及脂肪沉积密切相关,推测其可能是通过调节三酰甘油的合成来控制机体脂肪沉积 研究发现,相对于DGAT1 基因,在金华猪脂肪沉积中DGAT2 基因发挥了更为重要的作用,可将它选作大白猪背膘厚性状的候选基因,DGAT2 基因表达量的高低很可能是造成中外猪种脂肪沉积能力差异的因素之一[6]。

邓章超等[7]对同日龄陆川猪与杜长大猪背最长肌中DGAT2 基因表达量相比,发现前者显著高于后者 作为调控IMF 沉积的候选基因,DGAT2 基因可进一步深入研究1.2 FAM134B 基因FAM134B基因是FAM134 基因家族(Family with sequence similarity 134,FAM134)成员之一,主要参与调控猪脂肪合成与分解代谢,促进IMF 细胞分化,提高脂肪合成速率,从而提高IMF 的沉积 研究显示:过表达FAM134B可显著提高脂肪合成关键基因的表达量;而抑制FAM134B基因表达则可提高脂肪分解关键基因的表达量,同时抑制脂肪细胞分化及合成关键基因的表达量,使猪肉IMF 沉积显著降低[8]陆川猪FAM134B基因完整的编码区序列长度为1 107 bp,编码368 个氨基酸;金华猪FAM134B基因完整编码区序列长度为975 bp,编码325 个氨基酸,比陆川猪FAM134B基因少了43 个氨基酸,推测猪FAM134B基因可能存在多个剪切体,FAM134B基因在陆川猪和金华猪种表达的可能是不同的剪接体[1,8] 同一基因不同的剪切体产生蛋白的多样性,不同蛋白发挥不同的功能,因此FAM134B基因不同的剪接体有可能在IMF 沉积中发挥不同的作用。

1.3 肥胖相关基因肥胖相关基因(Fat mass and obesity associated gene,FTO)因其可调节脂肪细胞沉积从而调控肥胖发生而备受关注[9] 猪的FTO基因位于6 号染色体上一个包含调控众多脂肪性状的QTL 区域[9],研究者分别克隆了乌金猪和苏钟猪的FTO基因,并发现同日龄金华猪肌肉和脂肪组织中FTO基因的表达量高于长白猪和长金杂交猪,FTO基因与脂肪代谢、IMF 沉积紧密相关[10] 夏琴等[11]克隆了陆川猪FTO基因,发现在编码区序列的第1 050 位点存在单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP),胞嘧啶(C)突变为鸟嘌呤(G),而且G 为陆川猪特有的,该位点突变引起编码氨基酸天冬氨酸突变为谷氨酸,这是否跟陆川猪IMF 含量高相关有待进一步研究1.4 G 蛋白偶联受体基因1G 蛋白偶联受体1(G protein coupled receptor1,GPR1)基因是脂肪细胞因子Chemerin 的受体,属于G蛋白偶联受体超家族成员,G 蛋白偶联受体可以将激素、脂内、核苷酸等多种细胞外信号转导至细胞内,在各种生理代谢活动过程中起着重要调节作用。

在猪脂肪和肝脏等组织中GPR1 基因大量表达,且肝细胞中GPR1 能取代CMKLR1 介导Chemerin 信号起到调控肝脏脂肪代谢的作用,其表达量与机体脂肪沉积能力呈正相关[12] 陆川猪GPR1 基因编码355 个氨基酸,存在13 处碱基突变,其中4 处为错义突变[13]此外,谢婉等[14]发现陆川猪背最长肌中GPR1 基因相对表达量显著高于杜洛克猪,其启动子区存在一个CpG 岛,长度为103 bp,位于-1 031—-929 bp,CpG 岛在2 个品种猪背最长肌中的整体甲基化水平差异不显著,但在-126、 -116、 -64、 -10 位点甲基化水平差异显著,说明GPR1 基因启动子甲基化程度与IMF 沉积存在一定关联1.5 心型脂肪酸结合蛋白基因心型脂肪酸结合蛋白(Heart-type fatty acid binding protein,H-FABP)基因是调控脂肪代谢的关键基因之一,编码细胞质蛋白在调节肝脏合成三酰甘油中有重要作用H-FABP可促进细胞膜从血液中摄取游离的脂肪酸,达到增强脂肪酸转运的目的[15]H-FABP基因多态性对IMF 含量影响显著,而且优势基因型个体具有较高的IMF 含量[16]。

与国外引进品种猪相比,我国地方猪种的IMF 含量更高,并且地方猪种H-FABP基因在某些突变位点的基因频率分布极为相似,以上研究结果说明H-FABP基因多态性与地方品种猪的IMF 含量较高有关 因此,在猪的选育中H-FABP基因是提高猪IMF 含量的重要候选基因[16]陆川猪H-FABP基因编码133 个氨基酸,与GenBank 上的猪H-FABP基因序列比对发现,陆川猪在235 位的碱基A 突变为G,使精氨酸变为甘氨酸,该突变可能影响陆川猪脂肪沉积[17] 因此,把H-FABP作为陆川猪脂肪沉积的重要候选基因1.6 丙酮酸脱氢激酶4丙酮酸脱氢酶激酶(Pyruvate dehydrogenase kinase,PDK)是腺苷三磷酸酶家族成员,有4 个亚型,丙酮酸脱氢激酶4 是其中之一PDK4 基因通过使丙酮酸脱氢酶复合体磷酸化来抑制丙酮酸脱羧转变为乙酰辅酶A,乙酰辅酶A 是合成脂肪酸、酮体等能源物质的前体物质,也是合成胆固醇及其衍生物等生理活性物质的前体物质,从而在脂肪代谢过程中发挥作用[18]PDK4 基因在猪脂肪组织中的表达量均显著高于其他组织,推测PDK4 可能通过表达量的改变调控脂肪代谢过程,从而影响猪肉IMF 的沉积和含量[19]。

陆川猪PDK4 基因编码407 个氨基酸,序列有2 处突变,其中1 处突变使第25 位氨基酸由酪氨酸变为组氨酸PDK4 基因在陆川猪皮下脂肪中表达量最高,肝脏次之,在背最长肌中表达量最低,说明该基因不仅和脂肪沉积相关,与脂肪肝等相关疾病可能也存在一定关联[20]1.7 围脂滴蛋白5围脂滴蛋白(Perilipin,PLIN)是一种重要的脂滴表面蛋白,在体内能量平衡和脂质代谢中发挥着关键作用 因PLIN基因与肥胖相关,所以常作为猪生长肥育性状的候选基因,研究PLIN基因于不同物种间的遗传多态性分布,以期找到与生产性状相关的遗传标记,指导猪的育种和生产 当前对PLIN 的研究主要集中于PLIN1 和PLIN5PLIN1 基因第2 外显子111 bp 处的胸腺嘧啶(T)突变为C,该突变与背膘厚、剪切力显著相关[21];第2 外显子3 519 bp 处的腺嘌呤(A)突变为G,该处错义突变与背膘厚、肌肉水分和IMF 含量存在显著相关[22];第4 外显子126 bp 处的G 突变为A,该突变与背膘厚、IMF 含量相关[21] 这3 个位点可作为影响猪背膘厚、IMF 含量的分子辅助标记PLIN2 多态性在杜洛克猪选育中作为分子辅助标记得到应用,在保证瘦肉率的前提下,可增加猪肉中IMF 含量[23]。

PLIN5 属于围脂滴蛋白超家族成员之一,对细胞脂滴内三酰甘油的储存和使用有关键性的调节作用[24] 陆川猪PLIN5 基因编码458 个氨基酸,与美国国家生物技术信息中心(NCBI)上公布的野猪PLIN5 基因序列的编码区存在4 个碱基突变,均为错义突变:457 bp 处突变导致缬氨酸变为异亮氨酸;472 bp 处突变导致丝氨酸变为脯氨酸;708 bp 处突变导致谷氨酸变为天门冬氨酸;1 307 bp 处突变导致天门冬氨酸变为甘氨酸[25] 作为陆川猪脂肪代谢的候选基因,PLIN5 基因这些突变与陆川猪脂肪沉积的相关性有待进一步研究1.8 黑素皮质素受体4黑素皮质素受体4(Melano cortin-4 receptor,MC4R)为跨膜神经受体黑素皮质素受体家族的成员之一,也属于G 蛋白耦联受体超家族 MC4R 是调节能量动态平衡的重要信号分子,通过与脑分泌的天然内源配体α-促黑激素结合,抑制体重增加,通过介导瘦素,在动物采食量、能量代谢和体重的调控中发挥重要作用,MC4R基因突变可导致肥胖MC4R基因作为猪生长肥育性状的候选基因被广泛研究MC4R基因在猪肌肉中的表达量较高,而且显著影响着脂肪沉积效果[26]。

研究MC4R基因在不同猪种间的遗传多态性分布,找到与生产性状相关的遗传标记指导育种生产也是研究热点之一MC4R基因298 bp 位点存在一处错义突变,天冬氨酸变为天冬酰胺,该突变与商品猪背膘厚相关,可作为背膘厚的分子标记[27];1 392 bp 处存在单核苷酸多态位点,G 突变为A,该位点可作为影响猪生长速度和背膘厚的分子标记陆川猪MC4R基因编码332 个氨基酸,通过与NCBI 上公布的猪MC4R基因序列(NM_214 173.1)进行比对分析,发现陆川猪的编码区4 个位点存在碱基差异,即第110 bp、175 bp、278 bp 和906 bp 位点 其中第110 bp 和278 bp 的错义突变,使第37 位谷氨酸变为甘氨酸,第93 位缬氨酸变为丙氨酸[26] 这两处位点的突变是否能用于陆川猪的分子辅助育种中有待进一步研究1.9 磷酸酪氨酸互作结构域1磷酸酪氨酸互作结构域1(Phosphotyrosine Interaction Domain Containing 1,PID1)为脂质代谢相关的基因,可促进脂肪细胞增殖和细胞内脂滴形成,对脂肪代谢起着重要调节作用PID1 基因的过表达可影响脂肪细胞对葡萄糖摄取功能,抑制葡萄糖转换,从而影响机体对胰岛素的敏感。